JP6157059B2 - 現像装置及び画像形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子写真方式を用いて画像を形成する現像装置及びこれを有する画像形成装置に関する。

従来、現像装置としては、現像剤として非磁性トナー粒子（トナー）と磁性キャリア粒子（キャリア）とを備えた二成分現像剤を使用するものがある。例えば、二成分現像剤を用いる現像装置は、一般的に図２７に示すような構成とされる（例えば、特許文献１参照）。図２７は従来の現像装置の説明図である。

従来の現像装置１０１は、現像剤を収容した現像容器１０２を備え、像担持体である不図示の感光体ドラムと対面した開口部に、現像剤担持体である現像スリーブ１０８を有する。そして、現像容器１０２内の開口部との反対側には隔壁１０７によって区画された現像室１０３と撹拌室１０４が上下に形成されている。これらの現像室１０３と撹拌室１０４内にはそれぞれ搬送スクリュー１０５及び搬送スクリュー１０６が設置される。搬送スクリュー１０５及び搬送スクリュー１０６の作用により、現像室１０３及び撹拌室１０４内の現像剤及びトナーを撹拌しながら搬送し、現像剤のトナー濃度を均一化する。

また、現像スリーブ１０８の上方には、層厚規制部材としての規制ブレード１０９が配置される。規制ブレード１０９により、現像剤を現像スリーブ１０８上に均一にコーティングし、現像領域まで搬送する。現像スリーブ１０８と規制ブレード１０９のギャップは、現像領域に均一かつ安定的に現像剤が供給されるように調整される。

特開平５−３３３６９１

ここで、より安定的に現像領域に現像剤を供給されるようにするには、規制ブレード９の現像スリーブ８の回転方向上流側へと現像剤を安定的に供給する必要がある。そこで、本発明者は、隔壁１０７の現像スリーブ８側の先端部１０７ａで、且つ規制ブレード１０９よりも現像スリーブ１０８回転方向上流側に、現像剤を確保するためのガイド部材を設けることを検討した。

しかしながら、規制ブレード１０９の現像スリーブ１０８回転方向上流側に現像剤を確保するためのガイド部材を設けると、ガイド部材の表面に現像剤が固着し、現像スリーブ１０８上のコーティングを不安定にする場合がある。この現象は、特に現像剤が劣化したときに発生しやすい。

現像剤劣化とはトナーと現像スリーブ、あるいはトナー同士の衝突により、トナーの（特に）凸部が破損が発生したりトナー表面にある外添剤のトナー表面への埋没が発生するなどのことを意味する。

現像剤劣化が発生した場合、トナーの流動性向上のために添加されているシリカ等の外添剤がトナー表面に埋め込まれることによってトナーの付着力が増加し、流動性が低下する。この現像剤劣化は、現像装置中で現像剤が長時間撹拌されるという理由から、主にトナー消費量が少ない画像を長時間連続で出力したときに発生しやすい。

そして、この現像剤劣化が発生すると、トナーの付着力が増加するため、ガイド部材表面との摩擦により、現像剤が付着しやすくなる。このように、ガイド部材と現像剤が付着した場合、規制ブレード１０９とガイド部材の間の領域が狭くなり、現像剤が安定して規制ブレード１０９の穂切部へと供給されることができなくなる。この結果、現像スリーブ１０８上のコーティングが不均一になるなどの問題が生じる。

上記問題を解決すべく、規制ブレード１０９とガイド部材の距離を広くする構成も考えられる。即ち、ガイド部材の設置位置を、規制ブレード１０９に対して更に現像スリーブ１０８回転方向上流側にする構成も考えられる。

しかしながら、ガイド部材下端と規制ブレード１０９の間の距離が広がることに伴い、現像スリーブ１０８から外力を受ける現像剤が増え、現像剤劣化が悪化してしまう。このため、ガイド部材下端は規制ブレード１０９側に近づけることによってガイド部材頂点は規制ブレード１０９から遠ざける必要がある。すると、ガイド部材は鉛直方向ではなく、ある程度の角度をもって設置させなければならない。

本発明は、以上の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ガイド部材表面における現像剤の付着を抑制し、現像剤供給不良起因のコート不安定性を軽減することである。

上記目的を達成するための本発明の代表的な構成は、
回転可能に設けられ、トナーと磁性キャリアを含む現像剤を担持し、静電潜像を現像する現像剤担持体と、
前記現像剤担持体の回転方向に複数の磁極を備え、前記現像剤担持体の内部に固定して配置され、前記現像剤担持体の表面に現像剤を担持させるマグネットと、
回転可能に設けられ、前記現像剤担持体に供給する現像剤を搬送する現像剤搬送部材と、
前記現像剤搬送部材から搬送された現像剤を前記現像剤担持体の表面に担持させる量を規制する現像剤規制部材と、を備えた現像装置において、
前記現像剤規制部材よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側に配置され、前記現像剤搬送部材から搬送された現像剤を重力方向に関して上方から下方に向かって搬送して前記現像剤規制部材よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側に向かって供給するようガイドするために前記現像剤規制部材に対面して設けられたガイド面が形成されたガイド部材を有し、
前記ガイド面の上端部から下端部の全域に亘って、前記ガイド面が水平面となす角度は、前記ガイド面に接する磁性キャリアに作用する磁気力と重力の合力が水平面となす角度よりも大きくなっていることを特徴とする。

上記構成によれば、ガイド部材表面における現像剤の付着を抑制し、現像剤供給不良起因のコート不安定性を軽減することができる。

第１実施形態の画像形成装置及び現像装置の位置関係を説明する図。 第１実施形態の現像装置を説明する図。 第１実施形態の現像装置の現像室と撹拌室を説明する断面図。 第１実施形態の規制ブレード近傍の現像剤に働く力（重力無し）を説明する断面図。 第１実施形態のαとβを説明する断面図。 第１実施形態の規制ブレード近傍の現像剤に働く力を説明する断面図。 第１実施形態の規制ブレード近傍の現像剤に働く力を説明する断面図。 第１実施形態の規制ブレード近傍の現像剤に働く力を説明する断面図。 第１実施形態のガイド部材を説明する断面図。 第１実施形態の規制ブレード近傍のαとβを示すグラフ。 第１実施形態の磁束密度を求める際に使用する数式を示す図表。 第１実施形態の固着現像剤の基準を説明する断面図。 第１実施形態の実験結果を示す図表。 第１実施形態の温度と固着現像剤の程度との関係を示す概念図。 第２実施形態のガイド部材を説明する断面図。 第２実施形態の説明で使用するガイド部材の比較例の断面図。 第２実施形態の比較例の規制ブレード近傍のαとβの関係を示す図。 第２実施形態の規制ブレード近傍のαとβを示すグラフ。 第２実施形態の実験結果を示す図表。 第３実施形態のガイド部材を説明する断面図。 第３実施形態のガイド部材の先端の曲率を説明する断面図。 第３実施形態の説明で使用するガイド部材の比較例の断面図。 第３実施形態の比較例の規制ブレード近傍のαとβの関係を示すグラフ。 第３実施形態の規制ブレード近傍のαとβを示すグラフ。 第３実施形態の規制ブレード近傍のαとβの関係を示すグラフ。 第３実施形態の実験結果を示す図表。 従来の現像装置を説明する断面図。

以下、本発明による現像装置及び画像形成装置の実施形態を添付図面に従って説明する。なお、この現像装置は、例えば以下に述べるような画像形成装置の中で使用されるが、必ずしもこの形態に限られるものではない。

〔第１実施形態〕
＜画像形成装置＞
図１は第１実施形態の画像形成装置及び現像装置の位置関係を説明する図である。図１に画像形成装置１００における、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各ステーションにおける感光体ドラム１０（像担持体）と現像装置１（現像部）との位置関係を示す。

Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋの各ステーションはほぼ同様の構成であり、フルカラー画像において、それぞれイエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）、ブラック（Ｋ）の画像を形成する。以下の説明において、例えば現像装置１とあれば、Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ各ステーションにおける現像装置１Ｙ、現像装置１Ｍ、現像装置１Ｃ、現像装置１Ｋを共通して指すものとする。

まず、図１により、画像形成装置全体の動作を説明する。感光体ドラム１０は回動自在に設けられており、その感光体ドラム１０を一次帯電器２１で一様に帯電する。次に、例えば、レーザーのような情報信号に応じて変調された光を露光装置２２によって露光して感光体ドラム１０上に静電潜像を形成する。

静電潜像は現像装置１により、後述のような過程で現像像（トナー像）として可視像化される。そのトナー像を、一次転写帯電器２３によって、転写材搬送ベルト２４によって搬送されてきた記録材である転写材２７上に各ステーションごとに転写し、その後、定着装置２５によって定着して永久画像を得る。

また、感光体ドラム１０上の転写残トナーはクリーニング装置２６により除去する。画像形成で消費された現像剤中のトナーはトナー補給槽２０から補給される。ここでは、感光体ドラム１０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）から転写材搬送ベルト２４に搬送された記録材である転写材２７に直接転写する方法をとったが、これに限るものではない。例えば、転写材搬送ベルト２４の代わりに中間転写体を設け、各色の感光体ドラム１０（Ｙ、Ｍ、Ｃ、Ｋ）から中間転写体に各色のトナー像を一次転写した後、転写材に各色の複合トナー像を一括して二次転写する方法にも適用可能である。

＜二成分現像剤の説明＞
次に、本実施形態にて用いられる二成分現像剤について説明する。

トナーは、結着樹脂、着色剤、そして、必要に応じてその他の添加剤を含む着色樹脂粒子と、コロイダルシリカ微粉末のような外添剤が外添されている着色粒子とを有している。そして、トナーは、負帯電性のポリエステル系樹脂であり、本実施形態では体積平均粒径は７．０μｍのトナーを用いた。トナーの平均粒径は２μｍ以上で１０μｍ以下であればよく、好ましくは４μｍ以上で８μｍ以下である。

また、キャリアは、例えば表面酸化或は未酸化の鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、クロム、希土類などの金属、及びそれらの合金、或は酸化物フェライトなどが好適に使用化能であり、これらの磁性粒子の製造法は特に制限されない。本実施形態では体積平均粒径が４０μｍ、抵抗率が５×１０^８Ωｃｍ、磁化量が２６０ｅｍｕ／ｃｃのキャリアを用いた。キャリアの平均粒径は２０μｍ以上で８０μｍ以下であればよく、好ましくは３０μｍ以上で６０μｍ以下である。また、磁化量は、１００ｅｍｕ／ｃｃ以上で４００ｅｍｕ／ｃｃ以下であれば良く、好ましくは２００ｅｍｕ／ｃｃ以上で３００ｅｍｕ／ｃｃ以下である。

本実施形態では、上記のトナーとキャリアを重量比で８：９２の割合で混合したものを現像剤として使用する。トナーのキャリアに対する混合比は重量比で４％以上で１４％以下であればよく、望ましくは６％以上で１０％以下である。

＜測定方法＞
尚、本実施形態にて用いられるトナーについて、体積平均粒径は以下に示す装置及び方法にて測定した。

測定装置としては、コールターカウンターＴＡ−ＩＩ型（コールター社製）、個数平均分布、体積平均分布を出力するためのインターフェース（日科機製）及びＨＰ Ｃｏｍｐａｑ ｄｃ７１００を使用した。また、電界水溶液として、一級塩化ナトリウムを用いて調製した１％ＮａＣｌ水溶液を使用した。

測定方法は以下に示す通りである。即ち、上記の電界水溶液の１００〜１５０ｍｌ中に分散剤として界面活性剤、好ましくはアルキルベンゼンスルホン酸塩を０．１ｍｌ加え、測定試料を０．５〜５０ｍｇ加える。

試料を懸濁した電界水溶液は超音波分散器で約１〜３分間分散処理を行ない、上記のコールターカウンターＴＡ−ＩＩ型により、アパーチャーとして１００μｍアパーチャーを用いて２〜４０μｍの粒子の粒度分布を測定して体積平均分布を求める。こうして求めた体積平均分布より、体積平均粒径を得る。

また、本実施形態にて用いられる磁性キャリアの抵抗率は、測定電極面積が４ｃｍ、電極間間隔が０．４ｃｍのサンドイッチタイプのセルを用いた。そして、片方の電極に１ｋｇの重量の加圧下で、両電極間の印加電圧Ｅ（Ｖ／ｃｍ）を印加して、回路に流れた電流から、キャリアの抵抗率を得る方法によって測定した。また、磁性粒子の体積平均粒径は、レーザー回折式粒度分布測定装置ＨＥＲＯＳ（日本電子製）を用いて、体積基準で粒径０．５〜３５０μｍの範囲を３２対数分割して測定する。そして、それぞれのチャンネルにおける粒子数を測定する。その測定結果から体積が５０％のメジアン径をもって体積平均粒径とする。

また、本実施形態にて用いられる磁性キャリアの磁気特性は、理研電子（株）製の振動磁場磁気特性自動記録装置ＢＨＶ−３０を用いて測定した。キャリア粉体の磁気特性値は、７９５．７ｋＡ／ｍ、７９．５８ｋＡ／ｍの外部磁場をそれぞれつくり、磁性キャリアの磁化の強さを求めた。磁性キャリアの測定用サンプルは、円筒状のプラスチック容器に充分密になるようにパッキングした状態で作成する。

この状態で、磁化モーメントを測定し、更に上記で充填した試料の実際の重量を測定して磁化の強さ（ｅｍｕ／ｇ）を求める。又、磁性キャリア粒子の真比重を、例えば乾式自動密度計アキュピック１３３０（島津製作所（株）社製）等により求め、上記のようにして得られた磁化の強さに真比重を掛けることで、単位体積あたりの磁化の強さを求めることができる。

＜現像装置＞
次に、図２及び図３を用いて、現像装置１の構成及び動作を説明する。図２は第１実施形態の現像装置を説明する図である。図３は第１実施形態の現像装置の現像室と撹拌室を説明する断面図である。

図２及び図３に示すように、現像装置１は現像容器２を有し、現像容器２には、非磁性トナーと磁性キャリアを含む二成分現像剤が収容される。現像容器２内に、現像スリーブ８（現像剤担持体）と、現像スリーブ８と対向して設置され現像スリーブ８表面に担持された現像剤の層厚を規制する規制ブレード９（層厚規制部材）と、を有する。規制ブレード９は、非磁性材料によって構成される。

現像容器２内の略中央部は紙面に垂直方向に延在する隔壁７によって現像室３と撹拌室４に上下に区画されている。現像剤は現像室３及び撹拌室４に収容される。

現像室３及び撹拌室４には現像剤Ｔを撹拌・搬送し、現像容器２内を循環させる循環部材である第一搬送スクリュー５（現像剤供給部材）及び第二搬送スクリュー６（現像剤撹拌部材）がそれぞれ配置される。第一搬送スクリュー５は、本実施形態では、非磁性体で構成される回転軸の周りに非磁性材料で構成された撹拌翼をスパイラル状に設けたスクリュー構造とした。また、第二搬送スクリュー６も第一搬送スクリュー５と同様に回転軸の周りに撹拌翼を第一搬送スクリュー５とは逆向きにしてスパイラル状に設けたスクリュー構造とした。

第一搬送スクリュー５は、現像室３の底部に現像スリーブ８の軸方向に沿ってほぼ平行に配置され、回転して現像室３内の現像剤Ｔを軸線方向に沿って一方向に搬送する。また、第二搬送スクリュー６は撹拌室４内の底部に第一搬送スクリュー５とほぼ平行に配置され、撹拌室４内の現像剤Ｔを第一搬送スクリュー５と反対方向に搬送する。

このようにして、第一搬送スクリュー５及び第二搬送スクリュー６の回転による搬送によってＴが搬送される。ここで、現像装置１内の現像剤Ｔの分布は、図３に示す連通部７１及び連通部７２を通じて現像室３と撹拌室４との間で循環される。

更に、現像容器２の感光体ドラム１０に対向した現像領域に相当する位置には開口部がある。この開口部には、現像スリーブ８が感光体ドラム１０側に一部露出するように回転可能に配設される。

この現像スリーブ８はアルミニウムやステンレスのような非磁性材料で構成される。現像スリーブ８の内部には、マグネットローラ８ｍ（磁界発生部材）が非回転状態で内蔵される。マグネットローラ８ｍは、現像極Ｓ２と現像剤を搬送する複数の磁極Ｓ１、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３を有する。このうち同極である第一磁極Ｎ３極と第二磁極Ｎ１極は、隣り合って現像容器２内部側に設置され、極間に反発磁界が形成され、現像剤Ｔに対してはバリアが形成され、撹拌室４にて現像剤Ｔを離すように構成される。これにより、現像スリーブ８に担持された現像剤は撹拌室４において回収される。

現像スリーブ８の直径は２０ｍｍ、感光体ドラム１０の直径は８０ｍｍである。また、現像スリーブ８と感光体ドラム１０との最近接領域を約３００μｍの距離とする。これによって、現像領域に搬送した現像剤を感光体ドラム１０と接触させた状態で、現像を行うことができる。

現像スリーブ８は、現像時、図２の矢印方向（反時計回り）に回転する。そして、現像領域前において表面に磁気ブラシ（現像剤が現像スリーブ８表面でブラシのように穂立ちした状態）が形成された状態で、規制ブレード９による磁気ブラシの穂切りが行われる。穂切りによって層厚を規制され、現像スリーブ８表面に担持された二成分現像剤は、現像スリーブ８の回転により、感光体ドラム１０と対向した現像領域に搬送される。すると、感光体ドラム１０上に形成された静電潜像に現像剤が供給され、静電潜像が現像される。

この時、現像効率、つまり、静電潜像へのトナーの付与率を向上させるため、現像スリーブ８には電源から直流電圧と交流電圧を重畳した現像バイアス電圧が印加される。本実施形態では、−５００Ｖの直流電圧と、ピーク・ツウ・ピーク電圧Ｖｐｐが８００Ｖ、周波数ｆが１２ｋＨｚの交流電圧とした。しかし、直流電圧値、交流電圧波形はこれに限られるものではない。

また、一般に、二成分現像剤を磁気ブラシを形成させる現像においては、交流電圧を印加すると現像効率が増して画像は高品位になる一方で、かぶりの発生が起こりやすくなる。このため、現像スリーブ８に印加する直流電圧と感光体ドラム１０の帯電電位（即ち白地部電位）との間に電位差を設けることにより、かぶりを防止している。

現像領域において、現像スリーブ８は、共に感光体ドラム１０の移動方向と順方向で移動し、周速比は、感光体ドラムに対して１．７５倍で移動している。この周速比に関しては、０．５〜２．５倍の間で設定され、好ましくは、１．０〜２．０倍の間に設定されればよい。移動速度比は、大きくなればなるほど現像効率はアップするが、あまり大きすぎると、トナー飛散、現像剤劣化等の問題が発生するおそれがあるので、上記の範囲内で設定することが好ましい。

また、規制ブレード９は、現像スリーブ８の長手方向軸線に沿って延在した板状のアルミニウムなどで形成された非磁性部材で構成される。規制ブレード９は、感光体ドラム１０よりも現像スリーブ８回転方向上流側に配設される。規制ブレード９は、その延長線が現像スリーブ８中心を通り、水平面となす角度が６５°の位置に設置されている。

この規制ブレード９の先端部と現像スリーブ８との間を現像剤のトナーとキャリアの両方が通過して現像領域へと送られる。尚、規制ブレード９の現像スリーブ８の表面との間隙（ギャップ）を調整することによって、現像スリーブ８上に担持した現像剤磁気ブラシの穂切り量が規制され、現像領域へ搬送される現像剤量が調整される。本実施形態においては、規制ブレード９によって、現像スリーブ８上の単位面積当りの現像剤コート量を３０ｍｇ／ｃｍ^２に規制している。尚、規制ブレード９と現像スリーブ８は、間隙を２００〜１０００μｍ、好ましくは３００〜７００μｍに設定される。本実施形態では５００μｍに設定した。

図２に示すように、規制ブレード９よりも現像スリーブ８の回転方向上流側にある隔壁７の先端にガイド部材１１が一体的に構成される。ガイド部材１１は現像スリーブ８と１ｍｍの隙間を空けて配設され、現像剤を安定的に確保する。ガイド部材１１は、規制ブレード９と対向するように配設され、現像スリーブ８中心を通り、水平面となす角度が３２．７°の位置に設けられる。この構成により、第一搬送スクリュー５の駆動によって、規制ブレード９とガイド部材１１の開口部から現像剤を供給する。

ガイド部材１１の角度は、水平面を０°としたとき、４５°と設置されており、ガイド部材１１の長さは４ｍｍ、且つガイド部材１１と規制ブレード９の距離は５．５ｍｍに調整している。ここで、ガイド部材１１と規制ブレード９との距離は、ガイド部材１１の稜線を延長し現像スリーブ８表面の交点と規制ブレード９の現像スリーブ８の回転方向上流側の稜線を延長した交点間の距離を用いた。なお、発明者らの検討によると上記ガイド部材１１と規制ブレード９の距離は３ｍｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。

また本実施形態においては、ガイド部材１１は現像室３と撹拌室４を区画した隔壁７と一体に構成され、現像容器２と同じ材質を用いている。このように、ガイド部材１１を規制ブレード９の現像スリーブ８の回転方向上流側に設けることによって、第一搬送スクリュー５から供給された現像剤は、規制ブレード９とガイド部材１１で囲まれた領域へと溜る。これにより、現像スリーブ８上のコーティング量を安定化することができる。

＜ガイド部材（バックアップ部材）＞
ここで、本実施形態の特徴的な部分であるガイド部材１１について、図４乃至図８を用いて更に詳しく説明する。図４は第１実施形態の規制ブレード近傍の現像剤に働く力（重力無し）を説明する断面図である。図５は第１実施形態のαとβを説明する断面図である。図６は第１実施形態の規制ブレード近傍の現像剤に働く力を説明する断面図である。図７は第１実施形態の規制ブレード近傍の現像剤に働く力を説明する断面図である。図８は第１実施形態の規制ブレード近傍の現像剤に働く力を説明する断面図である。

第一搬送スクリュー５からの現像剤は、規制ブレード９の現像スリーブ８の回転方向上流側でガイド部材１１によってバックアップされる。ガイド部材１１があることにより、現像剤は、規制ブレード９との間で一時的に収容される。この一時的に収容される部分をバッファ部Ｂｕという。

以下の説明で、ガイド部材１１の規制ブレード９に対向する対向面の傾斜角度が水平面となすガイド部材側角度をαとする。

現像スリーブ８内にはマグネットローラ８ｍが設置させられている。このため、通常、現像スリーブ８近くの現像剤は、図４に示すように、磁気力Ｆｍからなる外力Ｆを受ける。図５に示すように、ある現像剤が受ける外力Ｆが水平面となす角度をβとしたとき、マグネットローラ８ｍが作り出す磁場による磁気力と重力によって、外力Ｆのβは現像スリーブ８近くの各点において、一意に決まる。即ち、βは座標とマグネットローラ８ｍとの関数である。

図５に示すように、ガイド部材１１の表面上でβがαよりも大きい場合、ガイド部材１１の表面上の現像剤は、ガイド部材１１に向かって押し付けられる。すると、図６に示すように、ガイド部材１１表面上に現像剤が固着しやすくなる。逆に、αよりもβが小さい場合、図７に示すように、現像剤はガイド部材１１から引き離され、ガイド部材１１表面上には現像剤が固着し難くなる。

現像剤に働く重力を含めた場合も同様に考えることが出来る。その場合、現像スリーブ８近くの現像剤は、図８に示すように、磁気力Ｆｍと重力Ｆｇの合力となる外力Ｆを受けることになる。以下では、重力を含んだ場合について記述する。実際には他に、静電気力や非静電付着力もあるが、上記２つの力が支配的であるため省略する。

図９は第１実施形態のガイド部材を説明する断面図であり、図１０は第１実施形態の規制ブレード近傍のαとβを示すグラフである。図９のように現像スリーブ中心を原点Ｏとして極座標をとった場合の各点（ｒ，θ）におけるβを図１０に示す。

図１０の点Ａと点Ｂは、図９の点Ａと点Ｂに対応する。そして、ガイド部材１１の下端部の点Ａから上端部の点Ｂまでガイド部材１１の表面上のβをプロットしていくと、図１０の点Ａと点Ｂをつないだ線分ＡＢとなる。

図１０に示すように、現像スリーブ８から離れるほどβは大きくなっていく。これは、現像スリーブ８から離れるに従って磁気力Ｆｍは小さくなる一方で、重力Ｆｇは変わらないため、相対的に重力Ｆｇが支配的になり、βが大きくなるからである。尚、Ｆｇが水平面となす角度は９０°である。

また、現像スリーブ８上の角度をθ（図１０上におけるＳＬ上角度θ）とすると、角度が大きくなるに従って、βが大きくなっていく。これは、図２に示すように、現像スリーブ上角度θ＝４７°とθ＝−６８°にそれぞれ同極が配置される一方で、θ＝１３０°に異極が配置されているためである。

図１０より、ガイド部材１１上のβは１０°から３７°の範囲に入っており、ガイド部材１１の表面上で常にα＝４５°よりも小さい。このため、現像剤はガイド部材１１表面上でガイド部材１１から離れる方向の力を受ける。これにより、ガイド部材１１の表面上に現像剤が固着するのを軽減することができる。

尚、本実施形態で用いた現像装置１の構成やマグネットローラ８ｍの磁極配置は、α＞βを満足するための一つの方法であり、α＞βを満足すればこの構成に限ったものではない。例えば、第二磁極Ｎ１極が現像スリーブ回転方向下流側に変化した場合、磁極がガイド部材１１から現像スリーブ８の回転方向下流側に遠ざかる。このため、それに従ってガイド部材１１上のβは小さくなる。このとき、α＞βを満たしていれば問題ない。この場合も、α＞βを満たすようにガイド部材を設置する。

また、本実施形態において、ガイド部材１１の傾斜角度は、規制ブレード９の傾き以下である。αの上限値を規制ブレード９の傾きより大きくならないようにすることで、規制ブレードとガイド部材との間口を広くなるようにでき、現像剤を規制ブレード上流側に安定的に供給することができる。

＜マグネットローラ構成及び磁気力の説明＞
ここで、現像マグネットの構成及び、現像マグネットが作り出す磁束密度及び磁力について説明する。

マグネットローラ８ｍは、図２に示すように、現像極Ｎ２と現像剤を搬送する磁極Ｓ１、Ｓ２、Ｎ１、Ｎ３を有する。このうち同極である第一磁極Ｎ３と、第二磁極Ｎ１は、隣り合って現像容器２内部側に設置される。第一磁極Ｎ３と第二磁極Ｎ１との極間には、反発磁界が形成され、現像剤に対してはバリアが形成される。このため、現像スリーブ８に担持した現像剤を撹拌室４に対向する位置において離すことになる。

第二磁極Ｎ１は、ガイド部材１１と規制ブレード９間に配置される。第一磁極Ｎ３と第二磁極Ｎ１の同極によって形成される反発領域は、少なくともガイド部材１１の上流側となるように配置される。尚、第一磁極Ｎ３は、θ＝−６８°の位置に配置され、ピーク磁束密度が２１ｍＴ、半値幅３０°である。第二磁極Ｎ１はθ＝４９°の位置に配置され、ピーク磁束密度４３ｍＴ、半値幅４０°である。また、磁極Ｓ１はθ＝１３０°の位置に配置され、ピーク磁束密度１１５ｍＴ、半値幅５０°となるように調整している。

本実施形態で述べた磁気力は、図１１において説明する計算方法によって算出できる。図１１は第１実施形態の磁束密度を求める際に使用する数式を示す図表である。

磁性キャリアに作用する磁気力Ｆｍは、図１１の式（１）で与えられる。したがって、図１１の式（２）の関係から、Ｂｒ及びＢθがわかれば、Ｆｍを求めることができる。ここで、磁束密度ＢｒとＢθはそれぞれある点における現像スリーブ表面に対して垂直方向と接線方向の磁束密度である。

尚、第一磁極Ｎ３と第二磁極Ｎ１との間には、垂直方向の磁束密度Ｂｒ、及び水平方向の磁束密度のＢθがともに１０ｍＴ以下である領域を有する。また、現像スリーブ８の外周面に対する法線方向の磁気力が現像スリーブ８から離れる方向に働く領域（斥力）を有する。なおこの斥力領域は、上述の通りガイド部材１１の下端よりも現像スリーブ上流側にある必要がある。

Ｂｒは測定器としてＦ．Ｗ．ＢＥＬＬ社製磁場測定器「ＭＳ−９９０２」（商品名）を用いて、測定器の部材であるプローブと現像スリーブ８の表面との距離を約１００μｍに設定して測定することができる。

さらに、Ｂθは次のように求めることができる。磁束密度Ｂｒの測定位置でのベクトルポテンシャルＡ_ｚ（Ｒ，θ）は測定された磁束密度Ｂｒを用いて、図１１の式（３）で求められる。境界条件をＡ_ｚ（Ｒ，θ）とし、図１１の式（４）の方程式を解くことで、Ａ_ｚ（Ｒ，θ）を求める。そして、図１１の式（５）より、Ｂθを求めることができる。

以上より測定及び計算されたＢｒ及びＢθを図１１の式（２）に当てはめることで、Ｆｍを導き出すことができる。

＜実験結果＞
次に本実施形態における効果を表す実験を説明する。ガイド部材１１表面上に現像剤が固着する程度は、現像装置１の空回転耐久試験（以下、単に空回転とする）で判定することができる。空回転は、現像剤を現像装置１に入れた状態で第一搬送スクリュー５、第二搬送スクリュー６、現像スリーブ８を駆動させるもので、現像装置１の中で現像剤が第一搬送スクリュー５と第二搬送スクリュー６、現像スリーブ８間を循環する。次にその手順を説明する。

（１）４５℃、３９％の環境に現像装置と現像剤を２４時間放置する。
（２）上記環境下で所望の現像剤量（本実施形態では３２０ｇ）を現像装置に充填する。
（３）上記環境下所望の現像スリーブ上コーティング量に調節の後（本実施形態では３０ｍｇ／ｃｍ^２）、第一搬送スクリュー５と第二搬送スクリュー６、現像スリーブ８を所望の周速で駆動させる。
（４）１０時間駆動の後、規制ブレード９を取り、ガイド部材１１を観察する。

上述の（４）の時、ガイド部材１１上に固着している現像剤の量でガイド部材１１表面上の現像剤の固着程度を判断する。判断方法は目視でも、固着現像剤の質量でもよいが、本実施形態では目視と固着範囲で判断する。固着範囲とは、固着幅及び固着高さである。

図１２は第１実施形態の固着現像剤の基準を説明する断面図である。図１２に示すように、ガイド部材１１表面上に固着した固着現像剤１２は、ほとんどの場合、ガイド部材１１の頂点部に最も固着している。そして、ガイド部材１１の下端部に行くに従って、固着現像剤１２の高さは少なくなっていく。よって、図１２に示すように、固着範囲としては、ガイド部材１１頂点部から下端部に向かって固着現像剤が固着している固着幅ｄと、ガイド部材１１表面からの固着高さｈを用いる。

このような固着範囲の基準を設けたとき、角度αを変化させたときにおける１０時間空回転後のガイド部材１１表面上の固着現像剤１２の固着範囲の程度は図１３のようになる。図１３は第１実施形態の実験結果を示す図表である。図１３において、固着度を表す記号の意味は、固着度「○」はほとんど固着現像剤が見られない場合である。また、固着度「△」は１ｍｍ ＜ ｄ ＜ ２ｍｍ で １ｍｍ ＜ ｈ ＜ ３ｍｍ 、の場合である。固着度「×」は ２ｍｍ ＜ ｄ、３ｍｍ ＜ ｈ、の場合とする。

図１３に示すように、角度αが小さくなっていくほど、ガイド部材１１表面上の固着現像剤程度は悪くなっていくことが分かる。特に、α＝４０°以下は、ガイド部材１１の一部（上端部）がα＜βとなり、ガイド部材１１表面上の固着現像剤程度も急に悪くなっていることが分かる。一方、α＞４５°では、ガイド部材１１表面上で常にα＞βであり、ガイド部材１１表面上の現像剤固着程度も軽微である。

また、空回転時の環境の温度が高くなればなるほどガイド部材表面上の固着現像剤程度は悪くなる傾向がある（図１４参照）。図１４は第１実施形態の温度と固着現像剤の程度との関係を示す概念図である。

図１４に示すような特性がある理由は、温度が高いほどトナー樹脂がやわらかくなり、現像剤の摺擦によるトナー劣化が促進され、付着力が増加するからである。近年の高速化・省エネ化の市場要望に応えるため、二成分現像剤に使用されるトナーは、より低温で溶融定着可能な設計に移行しつつある。その結果、トナー自体常温でよりやわらかくなる傾向となり、トナー劣化、それによるガイド部材表面上の現像剤固着が以前にも増して生じやすい。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態を示す。基本的な構成は、第１実施形態と同じであるため、第１実施形態と実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。以下に本実施形態特有の構成部分のみ詳細に説明する。

第１実施形態では、ガイド部材１１の先端部表面の角度αをガイド部材１１表面上において現像剤が受ける外力Ｆの水平面に対する角度βよりも大きくし、ガイド部材１１表面への現像剤の固着を軽減した。

しかし、先に説明した通り、βは現像スリーブ表面から遠ざかるに従って次第に大きくなる傾向がある。このため、ガイド部材１１の長さを長くすると、α＞βの条件を満たすことが厳しくなることが考えられる。本実施形態では、α＞βの条件を満たしつつ、ガイド部材１１表面の水平面に対する角度αを、２つ以上の異なる角度を有するように設定することが特徴である。図１５は第２実施形態のガイド部材を説明する断面図である。

本実施形態では、図１５に示すように、ガイド部材１１の規制ブレード９と対向する対向面の角度が、角度α１と角度α２という２つの角度αを持つ複数の連続する平面にて形成される。現像スリーブ８の回転軸中心を原点Ｏとする極座標で、ｒ＝１２．５ｍｍ、θ＝３１．１°の点Ｃで角度αが変化している。点Ａ、点ＢはそれぞれＡ（１１，３２．７）、Ｂ（１４，３２．６）であり、α１＝２０°、α２＝４５°である。このような構成をとることにより、角度αを小さくしたり、ガイド部材１１を長くした場合においても、α＞βの条件を満たすことが可能になる。

図１６は第２実施形態の説明で使用するガイド部材の比較例の断面図である。図１６では、角度αを１つしか持たない場合、つまり途中でガイド部材１１を折り曲げない場合を例示する。図１６においては、角度αはα＝２０°とする。

現像スリーブ８の中心を原点とした極座標をとると、この比較例の場合の各点（ｒ，θ）における角度βは図１７のようになる。図１７は第２実施形態の比較例の規制ブレード近傍のαとβの関係を示す図である。

第１実施形態と同様に、図１７における点Ａと点Ｂは、図１６の点Ａと点Ｂに対応する。即ち、図１６において、ガイド部材１１の下端部の点Ａから上端部の点Ｂまでガイド部材１１の表面上のβをプロットしていくと、図１７の点Ａと点Ｂをつないだ線分ＡＢとなる。このとき、１３ｍｍ＜ ｒ ＜ １４ｍｍの領域でα＜βとなり、ガイド部材１１上の現像剤はガイド部材１１に押し付けられるように力を受ける。

これに対して、第２実施形態のガイド部材１１の構成に対するαとβとの関係を説明する。図１８は第２実施形態の規制ブレード近傍のαとβを示すグラフである。図１８は、本実施形態における各点（ｒ，θ）におけるβを示している。図１８において、いままでの説明と同様に、点Ａ、点Ｂ、点Ｃは、図１５における点Ａ、点Ｂ、点Ｃに対応する。そして、ガイド部材１１の下端部の点Ａから点Ｃを経て上端部の点Ｂまでガイド部材１１の表面上のβをプロットしていくと、図１５の点Ａと点Ｂと点Ｃをつないだ線分ＡＣＢとなる。

本実施形態では、ガイド部材１１の先端部表面の形状が、α１とα２の２つの角度αを有するように形成する。これにより、図１８に示すように、ガイド部材１１表面上の全ての点においてα＞βの条件を満たすことができる。

＜実験結果＞
図１９は第２実施形態の実験結果を示す図表である。図１９において、上段が本実施形態の場合（図１５の場合）におけるガイド部材表面上の現像剤固着度合いの結果で、下段がα＝２０°の場合（図１６の場合）の結果である。実験方法と判断基準は第１実施形態に示したものと同様である。

図１９に示すように、本実施形態の構成とすると、ガイド部材１１に固着する現像剤を、更に軽減することができることが分かる。

尚、本実施形態で用いた現像装置１の構成やマグネットローラ８ｍの磁極配置は、α＞βを満足するための一つの方法であり、α＞βを満足すればこの構成に限ったものではない。

〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態を示す。基本的な構成は、第１実施形態と同じであるため、第１実施形態と実質的に同一若しくは相当する機能、構成を有する要素には同一符号を付して詳細な説明は省略する。以下に本実施形態特有の構成部分のみ詳細に説明する。

図２０は第３実施形態のガイド部材を説明する断面図である。図２０に示すように、本実施形態では、ガイド部材１１表面を曲面とした。そして、ガイド部材１１表面上の各点における接線がその点における水平面となす角度αを、その点において現像剤が受ける磁気力Ｆｍと重力Ｆｇの合力である外力Ｆが水平面となす角度βとした。

ここで、角αは、ガイド部材１１表面上の各点におけるガイド部材１１表面との接線がその点において水平面となす角度であり、ガイド部材１１表面上の各点で異なる。即ち、ある点Ｄにおける角度αは、点Ｄにおけるガイド部材表面の接線である（図２０の一点鎖線参照）。

図２１は第３実施形態のガイド部材の先端の曲率を説明する断面図である。本実施形態では、図２１に示すように、ガイド部材１１の下端部の点Ａ、上端部の点Ｂを、それぞれ現像スリーブ８を原点とする極座標でＡ（１１，３２．７）、（Ｂ１４，３２．２）とした。また、点Ａと点Ｂとの間は、点Ｑ（１３．９，５６．１）を中心とした半径Ｒ＝５．８ｍｍの円の円弧で結ばれている。

このような構成をとることにより、角度αを小さくしたり、ガイド部材１１を長くした場合においても、α＞βの条件を満たすことが可能になる。

次に、比較例と比較をしながら本実施形態の効果を説明する。図２２は第３実施形態の説明で使用するガイド部材の比較例の断面図である。図２２では、角度αを１つ有する構成、即ち、途中でガイド部材１１を折り曲げない構成を挙げる。ここで、比較例の角度αをα＝３０°とする。

図２３は第３実施形態の比較例の規制ブレード近傍のαとβの関係を示す図である。現像スリーブ８の中心を原点とした極座標をとると、図２２の場合の各点（ｒ，θ）におけるβが図２３のようになる。図２３の点Ａと点Ｂは、図２２の点Ａと点Ｂに対応し、ガイド部材１１の下端部の点Ａから上端部の点Ｂまでガイド部材１１の表面上のβをプロットしていくと、図２３の点Ａと点Ｂをつないだ線分ＡＢとなる。このとき、１３ｍｍ＜ ｒ ＜ １４ｍｍの領域でα＜βとなり、ガイド部材１１上の現像剤はガイド部材１１に押し付けられるように力を受けることがわかる。

図２４は第３実施形態の規制ブレード近傍のαとβを示すグラフである。図２４に、本実施形態における各点（ｒ，θ）におけるβを示す。上述の説明と同様、図２４の点Ａ、点Ｂは、本実施形態のガイド部材１１の構成を示す図２１の点Ａ、点Ｂに対応する。そして、図２１のガイド部材１１の下端部の点Ａから上端部の点Ｂまで、ガイド部材１１表面上のβをプロットしていくと、図２４の点Ａと点Ｂをつないだ線分ＡＢとなる。

図２４では、ガイド部材表面上におけるｒ＝１１ｍｍ，１２ｍｍ，１３ｍｍ，１４ｍｍの４つの点におけるαを図示している。本実施形態では、ガイド部材１１表面上の各点で異なる角度αをもつことになる。

図２４より、本実施形態ではガイド部材１１表面が曲面であることにより、仮にガイド部材１１表面上のβが大きくなっても、それ以上にその点におけるαが大きくなることがわかる。これによってα＞βの条件が満たされていることが分かる。

図２５は第３実施形態の規制ブレード近傍のαとβの関係を示すグラフである。図２５では、本実施形態におけるガイド部材表面上のαとβをそれぞれ縦軸と横軸にとった。図２５における破線はα＝βのラインである。このため、破線よりもαが大きい領域は現像剤固着が発生しにくい領域（ＯＫゾーン）となり、破線よりもαが小さい領域では現像剤固着が発生しやすい領域（ＮＧゾーン）となる。

図２５に示すように、本実施形態の構成であれば、ｒが１１ｍｍ〜１４ｍｍの間は全てＯＫゾーンに該当することがわかる。

図２６は第３実施形態の実験結果を示す図表である。図２６においては、本実施形態の場合（図２１の場合）とα＝３０°固定の場合（図２２の場合）におけるガイド部材表面上の現像剤固着度合いを比較した。実験方法と判断基準は第１実施形態に示したものと同様である。図２６のように、本実施形態の場合においては、ガイド部材１１に固着する現像剤の量が軽減された。

尚、本実施形態で用いた現像器構成やマグネットの磁極配置は、α＞βを満足するための一つの方法を例示したものであり、α＞βを満足すればこの構成に限ったものではない。

Ｆ…外力
Ｔ…現像剤
１…現像装置
２…現像容器
３…現像室
４…撹拌室
５…第一搬送スクリュー
６…第二搬送スクリュー
７…隔壁
８…現像スリーブ
８ｍ…マグネットローラ
９…規制ブレード
１０…感光体ドラム
１１…ガイド部材
２７…転写材
１００…画像形成装置

Claims (7)

1. 回転可能に設けられ、トナーと磁性キャリアを含む現像剤を担持し、静電潜像を現像する現像剤担持体と、
   前記現像剤担持体の回転方向に複数の磁極を備え、前記現像剤担持体の内部に固定して配置され、前記現像剤担持体の表面に現像剤を担持させるマグネットと、
   回転可能に設けられ、前記現像剤担持体に供給する現像剤を搬送する現像剤搬送部材と、
   前記現像剤搬送部材から搬送された現像剤を前記現像剤担持体の表面に担持させる量を規制する現像剤規制部材と、を備えた現像装置において、
   前記現像剤規制部材よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側に配置され、前記現像剤搬送部材から搬送された現像剤を重力方向に関して上方から下方に向かって搬送して前記現像剤規制部材よりも前記現像剤担持体の回転方向上流側に向かって供給するようガイドするために前記現像剤規制部材に対面して設けられたガイド面が形成されたガイド部材を有し、
   前記ガイド面の上端部から下端部の全域に亘って、前記ガイド面が水平面となす角度は、前記ガイド面に接する磁性キャリアに作用する磁気力と重力の合力が水平面となす角度よりも大きくなっていることを特徴とする現像装置。
2. 前記現像剤担持体の回転中心からの距離が第１の値である前記ガイド面から前記現像剤規制部材までの距離は、前記現像剤担持体の回転中心からの距離が前記第１の値よりも大きい第２の値である前記ガイド面から前記現像剤規制部材までの距離よりも小さく又は同じになっていることを特徴とする請求項１に記載の現像装置。
3. 前記ガイド面の上端部から下端部の全域に亘って、前記ガイド面が水平面となす角度は、前記現像剤規制部材が水平面となす角度よりも小さく又は同じになっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の現像装置。
4. 前記ガイド面の上端部から下端部の全域に亘って、前記ガイド面は、１つの平面で形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
5. 前記ガイド面の上端部から下端部にかけて、前記ガイド面は、第１の平面と、前記第１の平面と連続する第２の平面で形成され、
   前記第２の平面が水平面となす角度は、前記第１の平面が水平面となす角度と異なっていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の現像装置。
6. 前記現像剤搬送部材が配置され、前記現像剤担持体に現像剤を供給する現像室と、
   前記現像剤担持体から回収される現像剤を撹拌する現像剤撹拌部材が配置され、前記現像剤担持体から現像剤を回収する回収室と、
   前記回収室の現像剤を前記回収室から前記現像室に連通可能な第１の連通部と、前記現像室の現像剤を前記現像室から前記回収室に連通可能な第２の連通部が設けられ、前記現像室と前記回収室とを隔てる隔壁と、
   を有し、
   前記ガイド部材は、前記隔壁と一体的に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の現像装置。
7. 静電潜像が形成される像担持体と、現像剤を用いて前記像担持体に形成された静電潜像を現像する現像部と、を用いて記録材に画像を形成する画像形成装置において、前記現像部は、請求項１乃至６のいずれか１項の現像装置であることを特徴とする画像形成装置。

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